В климатических условиях нашей страны использование теплового насоса для отопления является проблематичным (кроме районов юга страны, а также северного Кавказа), но это возможно. Тепловой насос действует аналогично холодильнику, который есть в каждой квартире. Принцип его функционирования состоит в том, чтобы «отнять» тепло у какого-то продукта (охлаждая его) и передать это тепло в систему отопления. По закону сохранения энергии, тепло (в качестве вида энергии) никуда не уходит, не пропадает и не образуется из ниоткуда. Оно просто изменяет свой вид, либо переходит от одного к другому телу.

Кухонный холодильник «отнимает» тепло у продуктов, а потом только поддерживает их пониженную температуру. Поэтому он работает периодически, регулируя потери тепла через свои стенки. Но если постоянно заменять продукты, то холодильнику придется работать непрерывно. В этом состоит принцип работы теплового насоса. Он все время охлаждает какой-нибудь источник тепла (воду, воздух, грунт) и передает забранное тепло воздуху внутри дома или воде в отопительной системе.

Выгода использования теплового насоса состоит в том, что при затрачивании 1 КВт электроэнергии мы получаем 3-5 КВт энергии тепла! Такое соотношение «расходы - результат» делает применение теплового насоса перспективным и привлекательным. И стоимость отопления тепловым насосом может оказаться весьма конкурентоспособной даже в сравнении с отоплением дровами и пеллетами! В то же время оно намного чище и экологичнее.

Естественно, что для оптимальной работы теплового насоса необходимо наличие «бесконечного» источника материала, у которого он будет забирать тепло. В качестве такого источника может выступать атмосферный воздух, вода (проточная, грунтовая или озерная), сам грунт ниже линии промерзания (его температура на этом уровне плюс 4 градуса). У каждого из вариантов теплового насоса есть свои характерные особенности, так как работа теплового насоса основана на использовании хладагента, способного «отнимать тепло» до установленной температуры (минус 15-20 градусов).

Тепловой насос «воздух-воздух» или «воздух-вода» в качестве источника получения тепла применяет атмосферный воздух. Его теплообменник является «абстрактной» скульптурой из труб, имеющей высоту несколько метров. Ее необходимо установить на самом продуваемом месте участка. Чтобы отопить дом, понадобится около 10 КВ в час (или 36000 КДж тепла). Один кубометр воздуха характеризуется теплоемкостью около 1,3 КДж на 1 градус. Воздух можно остудить только до -15 градусов. Например, если его температура минус 5 градусов, то «отнять» можно только 10 градусов его температуры, т.е. 13 КДж тепла. Для отопления дома с помощью теплового насоса, нужно будет охладить 36000/13=2800 кубометров воздуха за один час! Этой большой цифры пугаться не стоит. В часе 3600 секунд, скорость ветра составляет несколько метров в секунду. То есть теплообменник, имеющий площадь, равную нескольким метрам, легко может перекрыть наши потребности.

• Тепловые насосы в производстве
• Принцип работы теплового насоса
• Почему бы тепло от сточных вод не применять с пользой?
• Мощность и срок службы теплового насоса

Здесь проблема в том, что температура воздуха в средней полосе России обычно ниже рабочей температуры теплового насоса. Поэтому применять для отопления тепловой насос «воздух» в чистом виде будет проблематичным.

Тепловой насос, применяющий тепло земли, точнее грунта, более надежен. Если уложить необходимое количество труб в грунт и по ним прокачивать определенный промежуточный теплоноситель, то он сможет нагреваться до температуры +4 градуса. Хотя и в этом случае не все просто. Нагреваясь, он будет охлаждать грунт, прилегающий к нему. И понадобится некоторое время, чтобы он смог снова нагреться. То есть нужно будет проложить сотни метров трубопроводов в грунте. Затраты на обустройство такого коллектора делают проект сложным для осуществления.

Тепловые насосы «вода-вода» перспективнее. Для своей работы они используют тепло грунтовых вод, проточных и других вод, в том числе сточных. Вода является намного более теплоемким веществом в сравнении с воздухом.

Для получения заветных 36000 КДж потребуется охладить 3-4 тонны воды на каждые 3-4 градуса. Это не так уж мало, ведь грунтовая вода тоже имеет невысокую температуру – всего 4-5 градусов и переохлаждать сильно ее нельзя, чтобы она не замерзла, а дренировалась назад в землю. Грунтовые воды у нас в избытке, поэтому достать столько воды не станет проблемой. Проблему может предоставить ее дренаж. За сутки придется поднять, охладить, а также дренировать десятки тонн воды! Часто ошибочно считают, что ее можно просто сливать в скважину, аналогичную той, из которой поднимают воду. Но сделать это не удастся, так как грунт не сможет принять такое огромное количество воды, поскольку она трудно всасывается в него. Решение проблемы – сброс воды в ближайшую речку, ручей, дренажную сточную систему. Такая система удобна, если дом находится на берегу реки. По сути только там без значительных дополнительных затрат можно оборудовать систему отопления тепловым насосом типа «вода-вода», так как рядом будет натуральная дренажная система, которая способна отвести нужное количество воды.

Возможен еще вариант обустройства теплового насоса «лед-вода». При замерзании вода выделяет достаточно много тепла (330 КДж/кг), что практически в 80 раз больше, чем она может выделить в процессе остывании на 1 градус. Она при этом не изменяет свою температуру, пока вся не замерзнет. Это тепло от процесса перехода воды из жидкого состояния в агрегатное твердое состояние привлекательно для использования. Чтобы получить часовую норму отопления (36000 КДж) нужно будет заморозить всего лишь120 литров воды! В данном случае можно воспользоваться тепловым насосом типа «воздух-вода». Нужно лишь доработать теплообменник, чтобы он мог охлаждать не воздух, а воду и удалять лед. Формально его можно складировать, а весной он растает сам. За зиму его накопится около 200-300 тонн. Это объем среднестатистического бассейна. Такой тепловой насос вполне можно применять для отопления в российских климатических условиях.

Тепловые насосы в нашей стране являются экзотическими приспособлениями для отопления, так как в России отсутствуют дешевые и надежные источники низкотемпературного тепла, высока цена на тепловые насосы (от 10000 $US). Так как вопрос с топливом (уголь, газ, дрова) в нашей стране стоит не так остро, то перспективы тепловых насосов для отопления неоднозначны.

Дровяное отопление дома

В средней полосе России, пожалуй, дрова были, есть, и будут еще долгое время являться одним из наиболее дешевых, доступных и эффективных ресурсов для топлива. Наши леса имеют тенденцию к возобновлению, то есть территория, которая не перепахивается и не выкашивается, зарастает подлеском достаточно быстро, а за 20 лет – лесом. Лес самовоспроизводится достаточно быстро. Он абсолютно экологически чист в качестве топлива. Если дрова правильно заготовлены и высушены, то они являются достаточно теплотворными. Сухие дрова выделяют около 15-20 тысяч КДж/кг веса. Это в 2 раза хуже дизельного топлива. Для отопления большого дома достаточно сжигать 2-3 кгсухих дров в час (учитывая КПД печи). Правда, дрова обычно измеряются кубическими метрами (1 кубометр сухих дров весит около 450 кг). Учитывая доступность, разность цен, можно утверждать, что дрова будут выгоднее дизельного топлива, пока цена за один кубометр не превысит цену 200 литровдизельного топлива.

Человек не может поменять характеристику дров. Зато он может внести изменения в метод их сжигания, увеличить КПД печи, сделать более комфортным пользование ими. Рассмотрим несколько видов отопления при помощи дров.

Обычные отопительные печи. Варочно-отопительные печи.

Это самые распространенные печи в России в настоящее время. Они обладают невысокой тепловой массой (максимум 1-2 тонны кирпича). Они прогреваются достаточно быстро, после окончания топки держат тепло достаточно долго, несколько часов. Обычно печи топятся два раза в день – утром и вечером. В сильные морозы – непрерывно днем при слабом горении. Такими печам являются печи от металлической «буржуйки» до больших печей, имеющих сложную конструкцию, предназначенных для отопления нескольких помещений. Применяется и воздушный, и водяной метод отопления с разводкой отопительной системы (радиаторы, трубы) по комнатам.

Преимущества – простота и дешевизна, высокая теплопроводность, КПД около 50-70%, универсальность (можно и готовить пищу, и отапливаться), универсальность используемого топлива (уголь, дрова, горючие нетоксичные отходы).

Недостатком является малая тепловая инертность, необходимый контроль в процессе топки, чистка печи при топке углем (реже, если дровами).